西藏某水电站右岸边坡山体裂隙变形破坏模式初步分析

粟　宇,张庆华

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司, 四川 成都　610072)



西藏某水电站右岸边坡山体裂隙变形破坏模式初步分析

粟宇,张庆华

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司, 四川 成都610072)

山体裂隙相互组合对边坡整体形态和稳定性影响较大，尤其是对开挖边坡的影响更为明显，直接影响到工程治理方案决策。本文通过分析右岸边坡裂隙相互组合所产生的各种破坏模式，提出了工程设计处理建议。

边坡；裂隙组合；破坏模式

1　工程概况

某水电站位于西藏自治区山南地区加查县境内，雅鲁藏布江中游沃卡～加查峡谷段出口处。电站装机容量为510 MW，正常蓄水位3 310.00 m，坝顶高程3 314.00 m，相应的最大坝高116 m，总库容为0.866亿m3，调节库容为0.131亿m3，具日调节性能。

某电站坝址区右岸主要布置有厂房挡水坝、右冲沙底孔、右岸挡水坝、缆机平台及2、4、6、8号交通公路等。厂房挡水坝段长135.50 m，建基面高程3 198.00～3 226.50 m；冲沙底孔长15.00 m，建基面高程3 234.00 m；2、4、6、8号公路，路基宽为8.5 m，分布高程分别为3 267 m、3 288～3 314 m、3 297～3 314 m和3 320～3 375 m，缆机平台高程3 375 m，后缘永久性边坡高约94 m，工程涉及开挖边坡最高约231 m，开挖坡比一般为1∶0.3，局部1∶0.4。

2　右岸边坡基本地质条件

2.1地形地貌及地层岩性

雅鲁藏布江以S40°E流经坝址区，河道顺直，两岸临江坡高大于1 000 m，呈较对称的“V”字型深切河谷。右岸山谷上起熊玛沟，下止白沟，长约1 200 m，山体横河方向呈对称的等腰三角型(见图1)，河岸岸坡地形较完整，地形坡度45°～60°。枯水期河水位高程约3 249 m，水面宽100～150 m，水深一般4～6 m。正常蓄水位3 310 m时，谷宽320～360 m。

右岸边坡基岩大多裸露，岩性为二长花岗岩，岩石致密坚硬，透水性较弱，岩体裂隙较发育。

图1　右岸边坡地形地貌

2.2地质构造

雅鲁藏布江断裂带从坝址下游约5 km附近斜穿雅鲁藏布江，近东西向展布，受其影响，岩体中节理裂隙较发育。地表地质调查及勘探揭示，无较大规模断层分布，发育23条规模较小的小断层，在地表形成凹、槽，属Ⅲ级结构面。右岸边坡主要发育有： f5、f7、f8小断层，其工程性状见表1。

表1　坝址区右岸边坡断层特征

2.3风化卸荷

2.3.1岩体风化

坝址岩体风化与岩性、构造、地下水活动及地形条件等密切相关。坝区无连续分布的强风化岩体，主要为弱风化及微～新岩体。岩体风化主要表现为矿物蚀变、裂面锈染等，右岸弱风化以裂隙风化为主，花岗岩长石矿物出现褪色，裂面以轻微～中等锈染为主，局部强烈锈染，锤击声较清脆，岩体呈次块～镶嵌结构，波速4 000～4 500 m/s，弱风化水平深度一般30～50 m。强风化岩体主要发育在挤压破碎带、劈理带四周，以强风化夹层型式出现。

2.3.2岩体卸荷

坝址河谷深切，谷坡陡峻，裂隙较发育，岩体卸荷较明显，根据地表地质调查及平硐揭示情况(见表2)，根据卸荷带内卸荷张裂缝的发育分布、张开宽度、延伸长度、次生泥充填情况以及坝址区声波测试成果等方面，将坝区右岸岩体根据其卸荷程度强弱大致分为强卸荷带、弱卸荷带。

强卸荷带：带内各方向裂隙发育，密度大，普遍张开，一般都充填次生夹泥或碎石。因卸荷作用原有顺坡中、陡倾坡外的结构面一般张开宽约1～3 cm，大者可达20～30 cm，具有上宽下窄的特点，洞形多不规则，有时可见架空现象，并且追踪卸荷也很明显，隐微裂隙显现，甚至沿岩块内部拉开。卸荷带岩体强度显著降低，岩体多呈散体～块裂状结构，具中等透水，平时一般干燥，雨季严重滴水，岩体声波纵波速Vp小于3 500 m/s。该带在河床部位较浅，河谷两岸由低高程向高高程其水平深度呈增加趋势。右岸坝肩谷坡强卸荷水平深度一般5～15 m，弱卸荷水平深度30～50 m。

表2　右岸边坡岩体风化、卸荷深度

3　右岸边坡分区

右岸边坡地形较完整，山体雄厚，基岩大多裸露，岩体完整性受构造、风化、卸荷等因素控制具明显分区性(见图1)，根据前期地表地质测绘、地质勘探及施工期地质补充测绘工作，将整个右岸划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个大区，Ⅱ、Ⅲ区内又划分出Ⅱ1、Ⅲ1二个亚区。

Ⅰ区：位于缆机平台、右坝肩上游至熊玛沟一带。

Ⅱ区：位于缆机平台、右坝肩部位，为Ⅰ、Ⅲ区所夹的三角型地块。

Ⅱ1区：位于Ⅱ区高程3 400 m以上，三角型地块顶部。

Ⅲ区：位于缆机平台、右坝肩下游至白沟一带。

Ⅲ1区：位于缆机平台、右坝肩与Ⅲ区接合部。

4　右岸边坡变形破坏模式初步分析及处理建议

4.1右岸Ⅰ区边坡

4.1.1基本地质条件

位于缆机平台、右坝肩上游至熊玛沟一带，该段边坡高陡，属于近坝库岸边坡，高程3 310 m以下边坡位于正常蓄水位之下。主要发育裂隙有4组：① N40°～60°E/NW∠40°～55°为错列延伸的挤压破碎带，起伏粗糙，充填岩块、岩屑，中～重度锈染;② N50°～70°W/SW∠65°～85°，延伸大于10 m, 平直粗糙，普遍卸荷，张开1～5 cm，少量20～30 cm，间距3～5 m，局部1～2 m;③ N0°～10°E/NW∠60°～85°，延伸大于10 m, 平直粗糙，普遍卸荷，张开1～5 cm，少量20～30 cm，间距1～3 m;④ N50°～55°W/NE∠30°～55°或∠40°～55°，延伸大于10 m,平直粗糙，间距1～1.5 m。

4.1.2边坡稳定性评价及变形破坏模式分析

②、③裂隙组合，将岸坡岩体切割成大小不一的棱形或豆腐状块体，④裂隙构成了切割块体的底滑面，①挤压破碎带在坡体中总体发育规模不大，但往往后期形成宽2～5 m不等的强风化夹层，进一步降低了坡体岩体的强度和稳定性。由于上述断层或裂隙的不利组合，造成边坡岩体产生平面滑移，表部岩体不同程度出现张开现象，由上及下，张开程度逐渐加大(见图2)。

图2　Ⅰ区裂隙②、③、④组合岩体平面滑移破坏模式

4.1.3边坡处理建议

由于上述构造裂隙在Ⅰ区坡体中普遍存在，其不利组合造成边坡岩体平面滑移，表部岩体不同程度出现张开现象，应加强开挖范围内支护处理以及自然坡体内不稳定岩体防护处理措施。

4.2右岸Ⅱ区边坡

4.2.1基本地质条件

位于缆机平台、右坝肩部位，为Ⅰ、Ⅲ区所夹的三角型地块，根据不同高程裂隙发育状况，将高程3 400 m以上部位分为Ⅱ1亚区(见图1)。

Ⅱ区位于高程3 400 m以下，自然边坡60°～70°，为缆机平台基础和右坝肩开挖边坡所属范围，岩体较完整，边坡整体稳定性好。主要发育裂隙有2组：① N60°W/SW∠75°～85°(该裂隙与f5近于平行)，延伸大于10 m，平直粗糙，少量微张，间距5～7 m;② 近SN/E∠75°，延伸3～5 m，平直粗糙，间距1～2 m。

Ⅱ1区位于高程3 400 m以上，自然边坡40°～50°，为缆机平台开挖边坡所属范围。主要发育裂隙有3组：① N60°W/SW∠75°～85°，平直粗糙，微张，局部充填岩屑;② 近SN/E∠75°，延伸3～5 m，平直粗糙;③ N60°W/NE∠42°, 平直粗糙，间距2～3 m，不发育。

4.2.2边坡稳定性评价及变形破坏模式分析

Ⅱ区边坡整体稳定性较好，未发现对边坡不利的裂隙组合，虽f5断层从坡脚穿过，为陡倾山内构造，对边坡岩体稳定性影响较小。

Ⅱ1区裂隙间距较Ⅱ区明显减小，③裂隙虽不发育但构成了上伏岩体的底滑面，造成边坡岩体产生平面滑移，表部岩体不同程度出现张开现象，滑移破坏模式同Ⅰ区一致(见图2)。

4.2.3边坡处理建议

断层f5从坡脚穿过向下游延伸，断层破碎带宽0.12 m，影响带宽约5 m，带内以碎裂岩、碎斑岩为主，岩体完整性较差，风化较强。建议加强支护，在下部边坡开挖过程中应加强断层f5及其影响带的爆破控制、随机支护。

4.3右岸Ⅲ区边坡

4.3.1基本地质条件

位于缆机平台、右坝肩下游至白沟一带，根据不同裂隙发育、组合及岩体完整度，将与缆机平台、右坝肩相邻地带为Ⅲ1亚区(见图1)。

Ⅲ区自然边坡60°～70°，岩体完整性较好，边坡整体稳定，主要发育裂隙有6组：①近SN/E∠50°～70°,延伸大于10 m, 平直粗糙，间距1.5～2 m;②N5°～15°E/NW∠55°～70°,延伸大于10 m, 平直粗糙，间距2 m;③近EW/S∠75° 仅在白沟沟口出露，延伸1.5～2 m, 平直粗糙，间距2～3 m;④N75°W/NE∠40°，延伸1.5～2 m，受①、②、③裂隙限制，间距1～3 m;⑤近SN/E∠43° 延伸大于10 m, 平直粗糙，间距2～3 m;⑥N75°W/SW∠80°～85°,延伸大于10 m, 平直粗糙，间距3～5 m，局部1～2 m。

Ⅲ1区自然边坡60°～70°，巨厚块状结构，稳定性较好，仅与Ⅱ区接合部发育二组裂隙，接合部岩体较破碎，边坡稳定性较差。① N75°W/SW∠80°～85° 延伸大于10 m，平直粗糙，间距1～2 m，较发育;② N20°～30°W/NE∠50°～54° 顺坡裂隙，延伸大于10 m, 平直粗糙。

4.3.2边坡稳定性评价及变形破坏模式分析

Ⅲ区岩质边坡裂隙较发育，坡体内顺坡向缓倾角裂隙受陡倾角裂隙影响，延伸多短小，发育程度远不及陡倾角裂隙，对坡体整体稳定性影响较小，边坡整体稳定。4号公路0+500～0+610 m段主要发育①、②、③、④四组裂隙，相互组合有三种变形破坏模式:①裂隙单一滑移座落破坏模式(见图3)；①、②、③裂隙组合呈三角楔形体滑移破坏模式(见图4)；①、③、④裂隙组合呈平面滑移破坏模式(见图5)。

4号公路0+610～755 m段主要发育②、⑤、⑥三组裂隙，存在二种变形破坏模式：②、⑤、⑥裂隙组合呈楔形体滑移破坏模式(见图6)，对4号路开挖边坡的稳定影响较大；①、②、⑥裂隙组合形成卸荷崩塌破坏模式(见图7)，多出现在中、高程部位，是坡体内危岩体主体。

Ⅲ1区裂隙不发育，为整体块状结构，边坡稳定性好，只是在与Ⅱ区接合部位发育①、②二组裂隙，中倾角顺坡裂隙延伸长大，构成了上部岩体的底滑面，受其影响，上部岩体张开，破碎，呈现平面滑移座落破坏模式(见图8)。

4号路在0+610～0+755 m段为覆盖层路基，至河边覆盖层分布广泛。该段与厂房尾水渠边墙水平距离60 m，高差30 m，尾水渠处覆盖层厚约43 m，总高差在73 m左右。原设计4号路在该段为覆盖层路基，下部尾水渠边坡采用贴坡混凝土挡墙。现该段尾水渠边坡设计改为衡重式挡墙护坡，挡墙基础为基岩，挡墙基础开挖将改变覆盖层现有稳定状态，影响4号路运行安全。

图3Ⅲ区裂隙①单一滑移座落破坏模式图4Ⅲ区裂隙①、②、③组合三角楔形体滑移破坏模式

图5Ⅲ区裂隙①、③、④组合平面滑移破坏模式图6Ⅲ区裂隙②、⑤、⑥组合楔形体滑移破坏模式

图7Ⅲ区裂隙①、②、⑥组合形成卸荷崩塌破坏模式图8Ⅲ1区裂隙①、②平面滑移座落破坏模式

4.3.3边坡处理建议

(1)4号公路过沟段和Ⅲ1区与Ⅱ区接合部位，建议加强支护，在边坡开挖过程中应加强爆破控制、随机支护。

(2)由于Ⅲ区裂隙较发育，相互间组合破坏模式较多，很难控制开挖边坡的完整性，处理工程量较大，且在0+610～0+755 m覆盖层段与尾水渠衡重式挡墙护坡相互干扰，其间坡体稳定性支护难度大，建议4号公路由明挖调整为隧道。

5　结　　语

(1)某水电站右岸边坡无贯穿性结构面控制，边坡整体稳定，局部段岩体由于结构面的不利组合发生变形破坏。根据右岸边坡的工程部位、岩体结构、结构面组合和变形破坏等特征把左岸边坡划分为3个大区及2个亚区，分别为各区进行了边坡稳定性评价和变形破坏模式分析及提出边坡处理意见。另外，对于存在一定安全隐患但规模较小的危岩体，文章中没有提及，开挖过程中可能会出现新的危岩体。

(2)右岸边坡的变形破坏主要表现为开口线附近卸荷岩体内崩塌、块体组合形成的滑塌以及断层破碎带及影响带的倾倒变形，对于不同的变形破坏，应针对性采取不同的工程处理措施。

(3)从右岸边坡节理裂隙结构面组合及产状特征来看，普遍存在一组中缓倾坡外的刚性结构面，同其它结构面组合容易造成边坡局部块体失稳。

(4)边坡中分布的控制性结构面多为岩屑夹泥型其抗剪强度较低，对边坡稳定也极为不利。

(5)由于边坡高陡，对开口线以外的危岩体，应进行清除，避免在形成高边坡后再进行处理，对工程边坡的处理应安全彻底、不留隐患。

(6)边坡的原位监测在掌握边坡稳定性的动态变化和对边坡岩体的稳定性评价具有重要作用。边坡监测点应点、线、面结合，建立空间监测体系，给边坡的处理措施决策提供科学依据。应加快和加强对边坡的变形监测。

[1]张倬元,王士天,王兰生编著.工程地质分析原理[M].地质出版社，1981.

[2]王兰生,张倬元.斜坡岩体变形破坏的基本地质力学模式[M].水文工程地质论丛，1983.

[3]孙广忠著.岩体结构力学[M].科学出版社，1988.

[4]黄润秋，张倬元，王士天. 高边坡稳定性的系统工程地质研究[M].成都：成都科技大学出版社，1991.

2015-06-29

粟宇(1982-)，男，四川内江人，工程师，从事工程地质勘察工作。

TU457

B

1003-9805(2016)03-0033-04